God dag til alle. I den sidste artikel talte jeg om magnetfeltet og dvælede lidt ved dets parametre. Denne artikel fortsætter emnet for magnetfeltet og er afsat til en sådan parameter som magnetisk induktion. For at forenkle emnet vil jeg tale om magnetfeltet i et vakuum, da forskellige stoffer har forskellige magnetiske egenskaber, og som følge heraf er det nødvendigt at tage hensyn til deres egenskaber.
Biot-Savart-Laplace lov
Som et resultat af at studere de magnetiske felter skabt af elektrisk strøm kom forskerne til følgende konklusioner:
- magnetisk induktion skabt af elektrisk strøm er proportional med strømmens styrke;
- magnetisk induktion afhænger af formen og størrelsen af den leder, gennem hvilken den elektriske strøm strømmer;
- magnetisk induktion på ethvert punkt i magnetfeltet afhænger af placeringen af dette punkt i forhold til den strømførende leder.
De franske videnskabsmænd Biot og Savard, som kom til sådanne konklusioner, henvendte sig til den store matematiker P. Laplace for at generalisere og udlede den grundlæggende lov om magnetisk induktion. Han antog, at induktionen på ethvert punkt af magnetfeltet skabt af en strømførende leder kan repræsenteres som summen af de magnetiske induktioner af elementære magnetfelter, der er skabt af en elementær sektion af en strømførende leder. Denne hypotese blev loven om magnetisk induktion, kaldet Biot-Savart-Laplace lov. For at overveje denne lov, lad os skildre en strømførende leder og den magnetiske induktion, den skaber
Magnetisk induktion dB skabt af en elementær sektion af en leder dl.
Derefter magnetisk induktion dB elementært magnetfelt, der skabes af en sektion af en leder dl, med strøm jeg på et vilkårligt tidspunkt R vil blive bestemt af følgende udtryk
hvor I er strømmen, der løber gennem lederen,
r er radiusvektoren trukket fra lederelementet til magnetfeltpunktet,
dl er minimumslederelementet, der skaber induktionsdB,
k – proportionalitetskoefficient, afhængig af referencesystemet, i SI k = μ 0 /(4π)
Fordi er et vektorprodukt, så vil det endelige udtryk for den elementære magnetiske induktion se sådan ud
Således giver dette udtryk os mulighed for at finde den magnetiske induktion af magnetfeltet, som skabes af en leder med en strøm af vilkårlig form og størrelse ved at integrere højre side af udtrykket
hvor symbolet l angiver, at integration sker langs hele lederens længde.
Magnetisk induktion af en lige leder
Som du ved, skaber det enkleste magnetfelt en lige leder, gennem hvilken der strømmer elektrisk strøm. Som jeg allerede sagde i den forrige artikel, er kraftlinjerne for et givet magnetfelt koncentriske cirkler placeret rundt om lederen.
For at bestemme magnetisk induktion I lige ledning i et punkt R Lad os introducere noget notation. Siden pointen R er på afstand b fra ledningen, derefter afstanden fra ethvert punkt på ledningen til punktet R er defineret som r = b/sinα. Derefter den korteste længde af lederen dl kan beregnes ud fra følgende udtryk
Som et resultat vil Biot-Savart-Laplace-loven for en lige ledning af uendelig længde have formen
hvor jeg er strømmen, der strømmer gennem ledningen,
b er afstanden fra midten af ledningen til det punkt, hvor den magnetiske induktion beregnes.
Nu integrerer vi simpelthen det resulterende udtryk over dα spænder fra 0 til π.
Således vil det endelige udtryk for den magnetiske induktion af en lige ledning af uendelig længde have formen
I – strøm der løber gennem ledningen,
b er afstanden fra lederens centrum til det punkt, hvor induktionen måles.
Magnetisk induktion af ringen
Induktionen af en lige ledning har en lille værdi og falder med afstanden fra lederen, derfor bruges den praktisk talt ikke i praktiske enheder. De mest udbredte magnetiske felter er dem, der skabes af en ledning, der er viklet rundt om en ramme. Derfor kaldes sådanne felter magnetiske felter af cirkulær strøm. Det enkleste magnetfelt er besat af en elektrisk strøm, der strømmer gennem en leder, som har form som en cirkel med radius R.
I dette tilfælde er to tilfælde af praktisk interesse: magnetfeltet i centrum af cirklen og magnetfeltet i punktet P, som ligger på cirklens akse. Lad os overveje det første tilfælde.
I dette tilfælde skaber hvert strømelement dl en elementær magnetisk induktion dB i midten af cirklen, som er vinkelret på konturplanet, så vil Biot-Savart-Laplace-loven have formen
Tilbage er blot at integrere det resulterende udtryk over hele cirklens længde
hvor μ 0 er den magnetiske konstant, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I – strømstyrke i lederen,
R er radius af cirklen, som lederen rulles ind i.
Lad os overveje det andet tilfælde, når punktet, hvor den magnetiske induktion beregnes, ligger på den rette linje x, som er vinkelret på det plan, der er begrænset af den cirkulære strøm.
I dette tilfælde induktion på punktet R vil være summen af elementære induktioner dB X, som igen er et projektion på aksen x elementær induktion dB
Ved at anvende Biot-Savart-Laplace-loven beregner vi værdien af magnetisk induktion
Lad os nu integrere dette udtryk over hele længden af cirklen
hvor μ 0 er den magnetiske konstant, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I – strømstyrke i lederen,
R er radius af cirklen, som lederen rulles ind i,
x er afstanden fra det punkt, hvor den magnetiske induktion beregnes, til midten af cirklen.
Som det kan ses af formlen for x = 0, omdannes det resulterende udtryk til formlen for magnetisk induktion i midten af den cirkulære strøm.
Cirkulation af den magnetiske induktionsvektor
For at beregne den magnetiske induktion af simple magnetiske felter er Biot-Savart-Laplace-loven tilstrækkelig. Men med mere komplekse magnetfelter, for eksempel magnetfeltet i en solenoide eller toroid, vil antallet af beregninger og formlernes besværlighed stige betydeligt. For at forenkle beregninger introduceres begrebet cirkulation af den magnetiske induktionsvektor.
Lad os forestille os en kontur l, som er vinkelret på strømmen jeg. På ethvert tidspunkt R af dette kredsløb, magnetisk induktion I rettet tangentielt til denne kontur. Derefter produktet af vektorer dl Og I beskrives med følgende udtryk
Siden vinklen dφ lille nok, så vektorerne dl B defineret som buelængde
Ved at kende den magnetiske induktion af en lige leder i et givet punkt kan vi udlede et udtryk for cirkulationen af den magnetiske induktionsvektor
Nu er det tilbage at integrere det resulterende udtryk over hele konturens længde
I vores tilfælde cirkulerer den magnetiske induktionsvektor omkring en strøm, men i tilfælde af flere strømme bliver udtrykket for cirkulationen af magnetisk induktion til loven om total strøm, som siger:
Cirkulationen af den magnetiske induktionsvektor i en lukket sløjfe er proportional med den algebraiske sum af de strømme, som den givne sløjfe dækker.
Magnetisk felt af solenoide og toroid
Ved at bruge loven om totalstrøm og cirkulation af den magnetiske induktionsvektor er det ret nemt at bestemme den magnetiske induktion af så komplekse magnetiske felter som for en solenoide og en toroid.
En solenoide er en cylindrisk spole, der består af mange vindinger af lederviklet drejning for at tænde en cylindrisk ramme. Det magnetiske felt af en solenoide består faktisk af flere magnetiske felter af en cirkulær strøm med en fælles akse vinkelret på planet for hver cirkulær strøm.
Lad os bruge cirkulationen af den magnetiske induktionsvektor og forestille os cirkulationen langs en rektangulær kontur 1-2-3-4 . Så vil cirkulationen af den magnetiske induktionsvektor for et givet kredsløb have formen
Siden i områderne 2-3 Og 4-1 den magnetiske induktionsvektor er vinkelret på kredsløbet, så er cirkulationen nul. Placering på 3-4 , som er væsentligt fjernet fra solenoiden, så kan den også ignoreres. Under hensyntagen til loven om total strøm vil den magnetiske induktion i en solenoide af tilstrækkelig stor længde have formen
hvor n er antallet af vindinger af solenoidlederen pr. længdeenhed,
I – strøm, der løber gennem solenoiden.
En toroid dannes ved at vikle en leder rundt om en ringramme. Dette design svarer til et system af mange identiske cirkulære strømme, hvis centre er placeret på en cirkel.
Som et eksempel kan du overveje en toroid med radius R, hvorpå den er såret N vindinger af tråd. Omkring hver drejning af ledningen tager vi en radiuskontur r, midten af denne kontur falder sammen med midten af toroid. Siden den magnetiske induktionsvektor B er rettet tangentielt til konturen i hvert punkt af konturen, så vil cirkulationen af den magnetiske induktionsvektor have formen
hvor r er radius af den magnetiske induktionssløjfe.
Kredsløbet, der passerer inde i toroid, dækker N ledningsvindinger med strøm I, så vil loven om den samlede strøm for toroid have formen
hvor n er antallet af ledervindinger pr. længdeenhed,
r – radius af den magnetiske induktionssløjfe,
R er radius af toroid.
Ved hjælp af loven om total strøm og cirkulationen af den magnetiske induktionsvektor er det således muligt at beregne et vilkårligt komplekst magnetfelt. Men loven om total strøm giver kun korrekte resultater i et vakuum. Ved beregning af magnetisk induktion i et stof er det nødvendigt at tage højde for de såkaldte molekylære strømme. Dette vil blive diskuteret i den næste artikel.
Teori er godt, men uden praktisk anvendelse er det kun ord.
Afhænger størrelsen af magnetfeltinduktionen af det miljø, det er dannet i? For at besvare dette spørgsmål, lad os lave følgende eksperiment. Lad os først bestemme den kraft (se fig. 117), hvormed magnetfeltet virker på en leder med strøm i luften (det skal i princippet ske i et vakuum), og derefter magnetfeltets kraft på denne leder i vand indeholdende jernoxidpulver ( På figuren er beholderen vist med en stiplet linje). I et jernoxidmedium virker magnetfeltet på den strømførende leder med større kraft. I dette tilfælde er størrelsen af magnetfeltinduktionen større. Der er stoffer, for eksempel sølv, kobber, hvori det er mindre end i et vakuum. Størrelsen af magnetfeltinduktionen afhænger af det miljø, hvori den er dannet.
En størrelse, der viser, hvor mange gange magnetfeltinduktionen i et givet medie er større eller mindre end magnetfeltinduktionen i et vakuum kaldes mediets magnetiske permeabilitet. Hvis induktionen af mediets magnetfelt er B, og vakuumet er B 0, så er mediets magnetiske permeabilitet
Magnetisk permeabilitet af en medium μ er en dimensionsløs størrelse. Det er forskelligt for forskellige stoffer. Så for blødt stål - 2180, luft - 1,00000036, kobber - 0,999991 . Dette forklares ved, at forskellige stoffer magnetiseres forskelligt i et magnetfelt.
Lad os finde ud af, hvad der bestemmer magnetfeltinduktionen af en lige leder, der fører strøm. Nær den lige sektion A af tråddrejningen (fig. 122) vil vi placere en indikator C for magnetfeltinduktionen. Lad os tænde for strømmen. Magnetfeltet i sektion A virker på indikatorrammen og roterer den, hvilket får nålen til at afvige fra nulstillingen. Ved at ændre strømstyrken i rammen med en reostat bemærker vi, at hvor mange gange strømmen i lederen stiger, øges afbøjningen af indikatornålen med samme mængde: V~I.
Ved at holde strømmen konstant øger vi afstanden mellem lederen og rammen. Ifølge indikatoraflæsningen bemærker vi, at magnetfeltinduktionen er omvendt proportional med afstanden fra lederen til feltpunktet, der undersøges: V~ I/R. Størrelsen af magnetfeltinduktionen afhænger af mediets magnetiske egenskaber - af dets magnetiske permeabilitet. Jo større magnetisk permeabilitet, jo større magnetfeltinduktion: B~μ.
Teoretisk og gennem mere nøjagtige eksperimenter fastslog de franske fysikere Biot, Savard og Laplace, at størrelsen af magnetfeltinduktionen af en lige ledning med lille tværsnit i et homogent medium med magnetisk permeabilitet μ i en afstand R fra den er lig med
Her er μ 0 den magnetiske konstant. Lad os finde dens numeriske værdi og navn i SI-systemet. Da magnetfeltinduktionen samtidig er lig med 
så, ved at sidestille disse to formler, får vi
Derfor den magnetiske konstant Fra definitionen af ampere ved vi, at segmenter af parallelle ledere med en længde l = 1 m mens man er på afstand R = 1 m fra hinanden, interagere med kraft F = 2*10-7 n, når der går strøm gennem dem I = 1 a. Baseret på dette beregner vi μ 0 (ved at tage μ = 1):
Lad os nu finde ud af, hvad der bestemmer induktionen af magnetfeltet inde i en spole med strøm. Lad os samle et elektrisk kredsløb (fig. 123). Ved at placere maginde i spolen lukker vi kredsløbet. Ved at øge strømstyrken med 2, 3 og 4 gange bemærker vi, at magnetfeltinduktionen inde i spolen stiger tilsvarende med samme mængde: V~I.
Efter at have bestemt magnetfeltinduktionen inde i spolen øger vi antallet af omdrejninger pr. længdeenhed. For at gøre dette skal du forbinde to identiske spoler i serie og indsætte en af dem i den anden. Ved hjælp af en reostat indstiller vi den aktuelle styrke til den tidligere værdi. Med den samme spolelængde l er antallet af vindinger n i den fordoblet, og som en konsekvens af dette er antallet af vindinger pr. længdeenhed af spolen fordoblet.
Hvis en magnetisk nål bringes tæt på en lige leder, der fører strøm, vil den have tendens til at blive vinkelret på det plan, der passerer gennem lederens akse og nålens rotationscentrum (fig. 67). Dette indikerer, at nålen er udsat for specielle kræfter kaldet magnetiske kræfter. Med andre ord, hvis en elektrisk strøm passerer gennem en leder, opstår der et magnetfelt omkring lederen. Et magnetfelt kan betragtes som en særlig tilstand af rummet omkring strømførende ledere.
Hvis du fører en tyk leder gennem et kort og fører en elektrisk strøm igennem det, vil stålspåner, der hældes på pappet, blive placeret rundt om lederen i koncentriske cirkler, som i dette tilfælde repræsenterer de såkaldte magnetiske linjer (fig. 68). . Vi kan flytte pappet op eller ned af lederen, men placeringen af stålspånerne ændres ikke. Som følge heraf opstår et magnetfelt rundt om lederen langs hele dens længde.
Hvis du placerer små magnetiske pile på pappet, så kan du ved at ændre retningen af strømmen i lederen se, at magnetpilene vil rotere (fig. 69). Dette viser, at retningen af de magnetiske linjer ændres med ændringen i retningen af strømmen i lederen.
Magnetfeltet omkring en strømførende leder har følgende egenskaber: en lige leders magnetiske linjer har form af koncentriske cirkler; jo tættere på lederen, jo tættere de magnetiske linjer er placeret, jo større er den magnetiske induktion; magnetisk induktion (feltintensitet) afhænger af størrelsen af strømmen i lederen; Retningen af de magnetiske linjer afhænger af retningen af strømmen i lederen.
For at vise strømmens retning i lederen vist i sektion er der vedtaget et symbol, som vi vil bruge i fremtiden. Hvis du mentalt placerer en pil i en leder i strømmens retning (fig. 70), så i en leder, hvor strømmen er rettet væk fra os, vil vi se halen af pilens fjer (et kryds); hvis strømmen er rettet mod os, vil vi se spidsen af en pil (punkt).
Retningen af magnetiske linjer omkring en strømførende leder kan bestemmes af "gimlet-reglen". Hvis en gimlet (proptrækker) med højregevind bevæger sig fremad i strømmens retning, vil håndtagets rotationsretning falde sammen med retningen af de magnetiske linjer omkring lederen (fig. 71).
Ris. 71. Bestemmelse af retningen af magnetiske linjer omkring en strømførende leder ved hjælp af "gimlet-reglen"
En magnetisk nål indført i feltet af en strømførende leder er placeret langs de magnetiske linjer. For at bestemme dens placering kan du derfor også bruge "gimlet-reglen" (fig. 72).
Ris. 72. Bestemmelse af afbøjningsretningen af en magnetisk nål ført til en leder med strøm, i henhold til "gimlet-reglen"
Det magnetiske felt er en af de vigtigste manifestationer af elektrisk strøm og kan ikke opnås uafhængigt og adskilt fra strømmen.
I permanente magneter er magnetfeltet også forårsaget af bevægelsen af elektroner, der udgør magnetens atomer og molekyler.
Intensiteten af magnetfeltet i hvert punkt bestemmes af størrelsen af magnetisk induktion, som normalt betegnes med bogstavet B. Magnetisk induktion er en vektorstørrelse, det vil sige, at den ikke kun er karakteriseret ved en bestemt værdi, men også af en bestemt retning i hvert punkt af magnetfeltet. Retningen af den magnetiske induktionsvektor falder sammen med tangenten til den magnetiske linje i et givet punkt i feltet (fig. 73).
Som et resultat af generalisering af eksperimentelle data har franske videnskabsmænd Biot og Savard fastslået, at magnetisk induktion B (magnetisk feltintensitet) i en afstand r fra en uendelig lang lige leder med strøm bestemmes af udtrykket
hvor r er radius af cirklen tegnet gennem det betragtede feltpunkt; midten af cirklen er på lederens akse (2πr er omkredsen);
I er mængden af strøm, der løber gennem lederen.
Værdien μ a, som karakteriserer mediets magnetiske egenskaber, kaldes mediets absolutte magnetiske permeabilitet.
For tomhed har den absolutte magnetiske permeabilitet en minimumsværdi og betegnes normalt med μ 0 og kaldes tomhedens absolutte magnetiske permeabilitet.
1 H = 1 ohm⋅sek.
Forholdet μ a / μ 0, der viser hvor mange gange den absolutte magnetiske permeabilitet af et givet medie er større end den absolutte magnetiske permeabilitet af tomhed, kaldes relativ magnetisk permeabilitet og betegnes med bogstavet μ.
Det internationale system af enheder (SI) bruger måleenhederne for magnetisk induktion B - tesla eller weber pr. kvadratmeter (tl, wb/m2).
I ingeniørpraksis måles magnetisk induktion normalt i gauss (gs): 1 t = 10 4 gs.
Hvis de magnetiske induktionsvektorer på alle punkter af magnetfeltet er lige store og parallelle med hinanden, så kaldes et sådant felt ensartet.
Produktet af magnetisk induktion B og arealet S vinkelret på feltets retning (magnetisk induktionsvektor) kaldes fluxen af den magnetiske induktionsvektor, eller blot magnetisk flux, og er angivet med bogstavet Φ (fig. 74):
Det internationale system bruger weber (wb) som måleenhed for magnetisk flux.
I tekniske beregninger måles magnetisk flux i maxbrønde (μs):
1 vb = 10 8 μs.
Ved beregning af magnetfelter bruges også en størrelse kaldet magnetisk feltstyrke (benævnt H). Magnetisk induktion B og magnetisk feltstyrke H er relateret af relationen
Måleenheden for magnetisk feltstyrke er N - ampere pr. meter (a/m).
Magnetfeltstyrken i et homogent medium, samt magnetisk induktion, afhænger af strømmens størrelse, antallet og formen af de ledere, som strømmen passerer igennem. Men i modsætning til magnetisk induktion tager magnetfeltstyrken ikke højde for indflydelsen af mediets magnetiske egenskaber.
Elektromagnetiske fænomener
Elektromagnetiske fænomener afspejler forbindelsen mellem elektrisk strøm og et magnetfelt. Alle deres fysiske love er velkendte, og vi vil ikke forsøge at rette dem; vores mål er anderledes: at forklare den fysiske natur af disse fænomener.
En ting er allerede klar for os: Hverken elektricitet eller magnetisme kan eksistere uden elektroner; og i denne er elektromagnetismen allerede manifesteret. Det talte vi også om en spole, der fører strøm, genererer et magnetfelt. Lad os dvæle ved det sidste fænomen og afklare, hvordan det sker.
Lad os se på spolen fra enden, og lad den elektriske strøm strømme gennem den mod uret. Strøm er en strøm af elektroner, der glider langs overfladen af en leder (kun på overfladen er der åbne sugeriller). Strømmen af elektroner vil føre langs med den tilstødende æter, og den vil også begynde at bevæge sig mod uret. Hastigheden af æteren, der støder op til lederen, vil blive bestemt af elektronernes hastighed i lederen, og den vil igen afhænge af forskellen i ethertryk (på den elektriske spænding på spolen) og af strømningsarealet af dirigenten. Æteren, der føres bort af strømmen, vil påvirke nabolag, og de vil også bevæge sig inde i og uden for spolen i en cirkel. Hastigheden af den hvirvlende æter vil blive fordelt som følger: dens største værdi er naturligvis i området for spolerne; når den forskydes mod midten, falder den ifølge en lineær lov, så den i selve midten vil være nul; Når man bevæger sig væk fra svingene til periferien, vil hastigheden også falde, men ikke lineært, men efter en mere kompleks lov.
Æterens makrohvirvel hvirvlet af strømmen vil begynde at orientere elektronerne på en sådan måde, at de alle vil rotere, indtil deres rotationsakser er parallelle med spolens akse; på samme tid vil de inde i spolen rotere mod uret, og uden for den - med uret; samtidig vil elektronerne have tendens til at være koaksiale, det vil sige, at de vil blive opsamlet i magnetiske ledninger. Processen med elektronorientering vil tage noget tid, og efter afslutningen vil en magnetisk stråle dukke op inde i spolen med nordpolen i vores retning, og uden for spolen, tværtimod, vil nordpolen være langt væk fra os. Således har vi bevist gyldigheden af skruen eller gimlet-reglen, kendt i elektroteknik, som etablerer en sammenhæng mellem retningen af strømmen og retningen af det magnetiske felt, der genereres af den.
Den magnetiske kraft (spændingen) i hvert punkt af magnetfeltet bestemmes af ændringen i æterens hastighed på dette punkt, det vil sige den afledte af hastigheden i forhold til afstanden fra spolens vindinger: Jo stejlere hastighedsændringen er, jo større spænding. Hvis vi korrelerer spolens magnetiske kraft med dens elektriske og geometriske parametre, så har den en direkte afhængighed af den aktuelle værdi og en omvendt afhængighed af spolens diameter. Jo større strømmen og jo mindre diameteren er, jo flere muligheder er der for at samle elektroner i snore med en bestemt omdrejningsretning og jo større vil spolens magnetiske kraft være. Det er allerede blevet sagt, at den magnetiske feltstyrke kan forstærkes eller svækkes af mediet.
Processen med at konvertere jævnstrømselektricitet til magnetisme er ikke reversibel: Hvis en magnet er placeret i en spole, opstår der ingen strøm i den. Energien i makrohvirvelen, der eksisterer omkring magneten, er så lille, at den ikke er i stand til at tvinge elektroner til at bevæge sig langs svingene ved den mindste modstand for dem. Lad os igen huske, at i den omvendte proces orienterede æterens makrohvirvel, der fungerede som en mediator, kun elektronerne, og intet mere, det vil sige, den kontrollerede kun magnetfeltet, og feltets styrke blev bestemt af antallet af ensrettede magnetiske ledninger.
Hvis du bringer den magnetiske nål tæt på, vil den have tendens til at blive vinkelret på det plan, der passerer gennem lederens akse og nålens rotationscentrum. Dette indikerer, at specialstyrker virker på pilen, som kaldes magnetiske kræfter. Ud over effekten på magnetnålen påvirker magnetfeltet bevægelige ladede partikler og strømførende ledere placeret i magnetfeltet. I ledere, der bevæger sig i et magnetfelt, eller i stationære ledere placeret i et vekslende magnetfelt, opstår der en induktiv elektromotorisk kraft (emf).
Et magnetfelt
I overensstemmelse med ovenstående kan vi give følgende definition af et magnetfelt.
Et magnetfelt er en af de to sider af det elektromagnetiske felt, exciteret af de elektriske ladninger af partikler i bevægelse og ændringer i det elektriske felt og karakteriseret ved en kraftpåvirkning på bevægende inficerede partikler og derfor på elektriske strømme.
Hvis du fører en tyk leder gennem pap og passerer en elektrisk strøm gennem den, vil stålspånerne, der hældes på pappet, blive placeret rundt om lederen i koncentriske cirkler, som i dette tilfælde er de såkaldte magnetiske induktionslinjer (Figur 1). . Vi kan flytte pappet op eller ned af lederen, men placeringen af stålspånerne ændres ikke. Som følge heraf opstår et magnetfelt rundt om lederen langs hele dens længde.
Hvis du sætter små magnetiske pile på pappet, så kan du ved at ændre retningen af strømmen i lederen se, at de magnetiske pile vil rotere (Figur 2). Dette viser, at retningen af magnetiske induktionslinjer ændres med strømretningen i lederen.
Magnetiske induktionslinjer omkring en strømførende leder har følgende egenskaber: 1) magnetiske induktionslinjer i en lige leder har form af koncentriske cirkler; 2) jo tættere på lederen, jo tættere er de magnetiske induktionslinjer placeret; 3) magnetisk induktion (feltintensitet) afhænger af størrelsen af strømmen i lederen; 4) retningen af magnetiske induktionslinjer afhænger af retningen af strømmen i lederen.
For at vise strømmens retning i lederen vist i sektion er der vedtaget et symbol, som vi vil bruge i fremtiden. Hvis du mentalt placerer en pil i lederen i strømmens retning (Figur 3), så i lederen, hvor strømmen er rettet væk fra os, vil vi se halen af pilens fjer (et kryds); hvis strømmen er rettet mod os, vil vi se spidsen af en pil (punkt).
Figur 3. Symbol for strømretningen i ledere
Gimlet-reglen giver dig mulighed for at bestemme retningen af magnetiske induktionslinjer omkring en strømførende leder. Hvis en gimlet (proptrækker) med et højregevind bevæger sig fremad i strømmens retning, vil håndtagets rotationsretning falde sammen med retningen af de magnetiske induktionslinjer rundt om lederen (Figur 4).
En magnetisk nål indført i magnetfeltet af en strømførende leder er placeret langs de magnetiske induktionslinjer. Derfor, for at bestemme dens placering, kan du også bruge "gimlet-reglen" (Figur 5). Det magnetiske felt er en af de vigtigste manifestationer af elektrisk strøm og kan ikke opnås uafhængigt og adskilt fra strømmen.
 |  |
| Figur 4. Bestemmelse af retningen af magnetiske induktionslinjer omkring en strømførende leder ved hjælp af "gimlet-reglen" | Figur 5. Bestemmelse af afvigelsesretningen for en magnetisk nål ført til en leder med strøm i henhold til "gimlet-reglen" |
Magnetisk induktion
Et magnetfelt er karakteriseret ved en magnetisk induktionsvektor, som derfor har en vis størrelse og en bestemt retning i rummet.
Et kvantitativt udtryk for magnetisk induktion som et resultat af generalisering af eksperimentelle data blev etableret af Biot og Savart (figur 6). Ved at måle de magnetiske felter af elektriske strømme af forskellige størrelser og former ved afbøjningen af den magnetiske nål, kom begge videnskabsmænd til den konklusion, at hvert strømelement skaber et magnetfelt i en vis afstand fra sig selv, hvis magnetiske induktion er Δ B er direkte proportional med længden Δ l dette element, størrelsen af den strømmende strøm jeg, sinus af vinklen α mellem retningen af strømmen og radiusvektoren, der forbinder feltpunktet af interesse for os med et givet strømelement, og er omvendt proportional med kvadratet af længden af denne radiusvektor r:
Hvor K– koefficient afhængig af mediets magnetiske egenskaber og af det valgte enhedssystem.
I det absolutte praktiske rationaliserede system af enheder af ICSA
hvor µ 0 – magnetisk permeabilitet af vakuum eller magnetisk konstant i MCSA-systemet:
µ0 = 4 x π x 10-7 (henry/meter);
Henry (gn) – induktansenhed; 1 gn = 1 ohm × sek.
µ – relativ magnetisk permeabilitet– en dimensionsløs koefficient, der viser, hvor mange gange den magnetiske permeabilitet af et givet materiale er større end den magnetiske permeabilitet af vakuum.
Dimensionen af magnetisk induktion kan findes ved hjælp af formlen
Volt-sekund kaldes også Weber (wb):
I praksis er der en mindre enhed af magnetisk induktion - gauss (gs):
Biot-Savarts lov tillader os at beregne den magnetiske induktion af en uendelig lang lige leder:
Hvor EN– afstanden fra lederen til det punkt, hvor den magnetiske induktion bestemmes.
Magnetisk feltstyrke
Forholdet mellem magnetisk induktion og produktet af magnetiske permeabiliteter µ × µ 0 kaldes magnetisk feltstyrke og er betegnet ved bogstavet H:
B = H × µ × µ 0 .
Den sidste ligning relaterer to magnetiske størrelser: induktion og magnetisk feltstyrke.
Lad os finde dimensionen H:
Nogle gange bruges en anden måleenhed for magnetisk feltstyrke - Ørsted (eh):
1 eh = 79,6 EN/m ≈ 80 EN/m ≈ 0,8 EN/cm .
Magnetisk feltstyrke H, ligesom magnetisk induktion B, er en vektormængde.
En linje, der tangerer hvert punkt, der falder sammen med retningen af den magnetiske induktionsvektor, kaldes magnetisk induktionsledning eller magnetisk induktionsledning.
Magnetisk flux
Produktet af magnetisk induktion med arealet vinkelret på feltets retning (magnetisk induktionsvektor) kaldes flux af den magnetiske induktionsvektor eller simpelthen magnetisk flux og er betegnet med bogstavet F:
F = B × S .
Magnetisk flux dimension:
det vil sige, at magnetisk flux måles i volt-sekunder eller webers.
Den mindre enhed af magnetisk flux er Maxwell (mks):
1 wb = 108 mks.
1mks = 1 gs× 1 cm 2.
Video 1. Amperes hypotese
Video 1. Amperes hypotese
Video 2. Magnetisme og elektromagnetisme